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摘要：黄登水电站采用地下埋藏的方式进行压力管道的铺设，其隶属于巨型压力管道，在综合考虑多方面实地因素之后，其中包括地区的地址条件以及现场操作的便利性等方面，最后砸结构方面采取了洞内明管方式，最后对具体稳定参数进行审核。
关键词:压力钢管；洞内明管；结构设计；排水设计；灌浆设计；黄登水电站
为了确保压力钢管的后期检修工作的便利与可持续，在外回填混凝土与围岩以及回填混凝土与钢管的结构中，全部布设相应的排水设施。最后，为了确保稳定，对应的钢管系统外，相应进行了回填灌浆、帐幕灌浆以及无盖重固结灌浆的结构补充性设计。实际检测结果表明，设计的钢管在日常运行过程中，表现平稳。
1、工程描述
黄登水电站是以发电为主的大型水电站，其建筑物等级为1级，位于澜沧江上游曲孜卡至苗尾河段，在澜沧江水电基地梯级开发工程中处于第六级。黄登水电站采用了堤坝式开发的方式，主要功能为发电，并辅以防洪，蓄水位高程为1619.00m，在完成蓄水后的库容量为15.49亿立方米，其季度水量调解能力为8.28亿立方米，根据国家相应水库设计标准，其拥有季度水量调解能力，所有发电机组的撞击容量为190亿千万，隶属国家一等大1型工程，其建筑结构主要分为蓄水大坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物等，还包括一些临时水工建筑物。
2、引水系统布置和衬砌型式选择简介
在工程进行规划时，水电工程人员进行了详细的实地考察，最终确定将压力管道采用地下埋藏的方法，管道所属的静水头高度为163m，管道内部的设计内径为10m，在工作时，其所允许的最大流量为409.6立方米每秒，此时的流速为6.16m每秒，从具体施工上，隶属于巨型压力管道，其特点主要表现为流量大、管道长度短，所以在发电设计时，使用了单机单管的方式，一共设计并施工了4条，另外，考虑到实际发电厂房与水头位置的距离，采用竖井方式进行相关布置。
在设计中，4条压力管道的进水处高程均为1560.00m，水管中心线之间的距离为25m，其具体延伸方向为水平扇形。4条管道所属的竖井，以上、下弯段与上、下平段的设计方式进行衔接，管道中心线间距35m，最后的末端与发电机组连接到一起。
受到实际施工场地的限制，具体的压力管道在施工时做了相应的细节调整，每一条压力管道所属的上平段的具体埋藏深度都有着不同的设定，其施工时也面临着其他因素干扰，所以需要做进一步的细节规划与探讨。
在实际建设施工时，针对引水段管道所存在的上平段相应覆盖物没有达到规定厚度的问题，设计与施工人员采取了加入钢板的方式，而针对下平段所存在岩体稳固性不足的问题，采用水泥灌浆的方式进行加固。
3、引水压力管道的具体结构设计方式
3.1、引水压力钢管周边的地质环境及强化措施
在施工设计前的地质考察工作中，发现其施工位置的岩体标准为Ⅲ、Ⅳ类及以上，而相应管道通过位置分布着强度为T3xd8变质火山角砾岩、细变质火山细砾岩夹以及T3xd7变质凝灰岩变质火山细砾岩及变质凝灰岩，在对这些外在条件进行充分考量设计后，实际施工时进行相应的强化设置，主要是针对厚度不足的问题，加设了钢衬结构辅助其强度。4条管道的断面尺寸相同，均为7m×11.5m(宽×高)～D=10m，每一条管道所属的圆形洞段内部的尺寸直径为20m，其中，每一个洞段所设置的钢衬结构略有不同，4条管道所属钢衬长度分别为：17.636、40.705、55.351、93.57m。同时，为了解决相应厂房开挖后周边岩体强度下降的问题，在压力管道的下平段同样铺设钢衬，其长度均为54m根据引水管不同的位置，其所设置混凝土衬砌厚度略有不同，越靠近厂房，所设置的结构强度越高，其中最厚处为1.75m
3.2、根据不断段位压力不同所设置的钢管强度
对于引水管道系统，其上平段水压力要小于下平段，这就为节省工程造价提供了一定的操作空间，在保证工程质量及相关部位强度得到充分保障的前提下，对于赏评断，选用屈服求昂度为335MPa的Q345R钢材，这种钢材的抗拉伸数值为470MPa。下平段对应要求较高，在进行发电作业时，其所需要承载的水压及水流冲击力较大，虽然采用的是地下埋管，但是由于静水头为163m，最大水击压力数值达到36m，管道内径相对较大，为了尽量减少施工难度，选用了强度更高的610级钢管材料，其屈服点490MPa，抗拉强度610MPa，而具体的管道壁的厚度依照我国相关行业要求规范进行设计，并依照明管、洞内明管、埋管的不同，进行相应的计算。而根据最终的计算结果，并实际考虑到施工的便利性以及减少安全隐患等因素，其压力钢管主要依照洞内明管为主，其中，单管长度数值为2.0m，上平段的加劲环之间的间隔为1m，而在下平段为2m，同时，在相关管道布置时，还要考虑不同厚度强度钢衬之间的过渡问题，以及加劲环设置、抗外压稳定计算分析等其他影响因素。
为了有效应对引水压力钢管在各个结合处可能存在的渗漏问题，同时减少钢管所需要承受的外侧压力，在引水压力钢管的上平段与下平段均设置了三道阻水环，为了节省工程造价，这些阻水环均采用相对低廉的Q345C钢材，在保证安全前提下，节省了开支，同时按照不同的高度进行铺设，上平段与下平段相比，其问题较小，阻水环厚度在进行精确计算后，采用28mm，下平段自身的各类压力较大，为了保证安全，其厚度设置为38mm。
3.3、压力水管抗外侧压力所进行的强度设计
在我国水电站建设的相关规范中，对压力钢管抗外压，有着相应的计算规则与方式，而在实际设计时，为了强化整个结构，会使用加劲环，让压力钢管自身稳定性得到有效提升，确保引水压力钢管的结构强度。在具体工程审核时，为了保证足够的强度冗余，上平段实际设计时参照45m外水水头，而下平段则是高达103.6m，实际施工时，其管道比较短，施工难度也得到很大程度的削减，相应的计算难度也降低不少，在考虑多方因素后，设计出来的加劲环结构之间的间距为1m，其钢材类别为Q345，厚度设定为28mm，在下平段结构中，加劲环之间间隔为2m，厚度提升至38mm。
3.4、钢管周边混凝土扯你的结构强度计算
工程设计人员考虑到压力钢管的需要长期在复杂地址环境下运行，其自身强度与周边的稳定将会直接影响压力钢管的运行寿命，所以，规定相关工程人员在施工时，需要对钢管外侧进行混凝土回填工作，并在辅以钢筋等结构强化措施，而相关的钢筋、钢板、混凝土的布置方式以及相关完成强度，都要在指定的规范模式下进行。根据相关设计人员的计算结果，最终在回填结构中做如下强化：在埋深较浅并且还要满足相应结构强度的上平段，采用双层Ⅲ级钢筋2Φ32@200的布设方式，而塔体混凝土内埋管道附近的自身结构相对稳定，为了节省工程造价，对应的钢筋铺设方式为单层Ⅲ级钢筋Φ32@200，上平段的其他位置则在加入钢衬的前提下，对钢筋布置结构选用双层Ⅲ级钢筋Φ32@200；引水压力钢管的下平段易受水流冲击等因素影响，其结构强化程度要求较高，需要在钢衬的前提下，搭配双层Ⅲ级钢筋2Φ32@150来进行额外的强化，最终确保压力钢管在日常引水过程中的稳定可靠。
4、压力钢管外侧排水设计
压力钢管的外侧回填混凝土，但是为了防止因水位变化等影响出现压力变化，需要设置相应的排水设施，而实际的排水设施需要依照与帷幕灌浆环的距离进行对应的设置，压力钢管周边的地下水需要使用环向结构进行汇集，最终将其引走。在黄登水电站的排水结构设计中，其环向排水结构被依次划分为三个区域，并分为支管与主管，并且，为了防止库水直接顺着排水管向发电厂房传递，需要采用强度较高的不锈钢管，而实际设计的可承受水压为1.5MPa，具体材质为OCr13Ni9。
5、压力水管外侧所进行的灌浆设计
在综合考虑各方面因素后，主要是为了避免灌浆作业影响压力钢管的强度，并且提高工程效率，在进行回填灌浆作业时，采用预埋HDPE管方式，同时，为了减少在钢板进行开孔后影响其强度，以及后期焊接时造成其他开裂想想，其回填的内部结构中采用钢衬钢筋混凝土衬砌设计，对压力钢管与回填的混凝土之间不再进行接触式灌浆操作，在很大程度上提高的施工安全性与后期工程质量。
同时，为了有效降低外水渗漏的现象，减少压力钢管可能承受的额外水压，除了在压力钢管外侧设置阻水环外，同时还在关键部位设置辅助帷幕灌浆，最终的帷幕灌浆总长达到1830m，在进行压力方面的考量时，依照最大水压的1.5倍以上进行设计，而帷幕灌浆工作是在回填与固结之后进行。
结语：黄登水电站的发电机组采用了单机单管的引水结构，一共有四台发电机组，其存在大流量与大管径的设计特点，在进行相关强度辅助设计时需要考虑的因素有很多，不仅需要采用钢衬钢筋混凝土衬砌型式，同时在强度考虑时，要依照明管进行设计，并对外压做好相应的承受处理。截止到目前，黄登水电站各项运行参数良好，工程相关安全设计已经达标。
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结构，这样能够提升边坡的综合防护能力。
6.4植物生态护坡采用植物土壤固结法
开展生态护坡时，通常要选取的大量根系发达且容易延伸生长的植被来种植，避免土壤条件恶劣破坏植被，这对土壤环境的改善和生态绿化有非常好的促进作用。在实际操作阶段，要勘察现场种植条件，对于如何控制和保护河坡植物后期情况，最重要的就是要符合并适应环境的生存要求。就植被物种来说，应当尽可能地选用搭配不同类型的植被来完成，因为多样性的效果有助于提高植物的抗性，这对于改善土壤固结的效果大有好处，提升护坡的安全稳定性。
6.5网格生态护坡
通常说的网格生态护坡，是借助石头、混凝土等材料构造成一个网格结构，网格结构上错综复杂地植入植被，这就是一个功能强大的综合护坡，因为它的实用性和经济性好，所以在具有非常高的推广和实用效果。并且从美观度上来说，边坡环境的艺术美感也得到了提升。而且就整个施工过程来说，技术难度不大，步骤简单，效率高，起到的作用也是非常明显的。在实际施工方案选择过程中，边坡防护模式的持续发展，必须满足满足河道流域稳定和环境保护双重要求。在一定的资金投入前提下，网格生态护坡技术是最实用最有效的。
7结语
水利工程项目在建设施工的过程中，应用传统护坡技术虽然能够起到一定的固土效果，但是在实践中，其会给水利工程所在的自然环境产生不利的影响，造成比较严重的环境污染问题。因此，为了能够全面的改善水利工程的生态自然环境，需要采用生态护坡技术，但是该技术的应用还缺乏实践性，技术水平比较低，需要不断的创新和发展，研发出更具实用性、经济性与科学性的生态护坡技术，可以改善当地生态环境，实现可持续发展。
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作量，最大限度的减少对土地、河道以及对水利工程周边植被的破坏，同时要尽量减少残土、沙尘、施工噪音的产生。在施工材料选用方面，应选择节能环保无毒无害的水利施工材料，坚决杜绝由于施工材料环保等级不达标准造成的对周边土地河流产生污染的现象发生。
3.5强化河道改造生态理念
在水利工程设计过程中，对河道改造应强化生态理念。需要对水域疏浚、海岸保护绿化等内容进行综合全面的分析，确保设计方案的可行性，从而保证河道在改造过程中更加安全可靠，而且还可以吸引更多的观光客，最大程度上推动水利工程的高质量建设工作。
3.6加强堤岸建设工作
水利工程设计阶段要综合当地的生态指标和环境综合情况来设计堤岸，同时要对当地的经济发展水平进行综合评估，避免出现破坏环境、短期效益的水利工程。特别是在堤岸施工前，应充分勘查周围的自然环境，将自然环境因素融入到堤防施工设计中，更好的增强堤岸建设的安全性以及自然保护性质。
3.7加强岸坡防护
在进行水利工程岸坡防护设计时要充分重视人与自然和谐统一，和周围自然景观协调，在进行岸坡防护设计时，应尽量多选择保护生物自然环境的天然材料，比如可用利用水生灌木以及树木根纤维加固岸坡，既起到了对岸坡的加固作用，同时也美化了周边环境。
3.8加强环境工程和生态水利的融合
根据生态水利工程的设计标准和设计理念，生态化水利设计工作应将传统工程设计中的科学概念和工程技术应用于现代设计工作，同时与注重环境工程的充分整合，实现对水质水量的科学配置。例如，在水利工程河道整治方案的实施过程中，由于修建蓄水坝，可能会造成大气污染、水生动物污染、沙尘暴、地震、台风等自然灾害。因此，针对上述可能发生的潜在风险，在水利工程河道整治过程中，有必要针对施工过程中的各种情况，制定合理有效的管理方案，实现对河道整治的全面管理，以适应周边环境生态发展的需要，从而促进整个改造方案的顺利实施。对于河流改造，要对周边环境绿化、护岸、治水等方面进行全面改造，以保证改造后河流的正常稳定运行，同时要注意改造方案与自然环境的协调统一，确保整个改造方案的科学合理。
4结语
综上所述，在水利设施设计中融入生态环保意识符合当前社会的可持续发展需求，不但能提升水利工程设施的使用性能，同时也提高了其环境友好性，实现人和自然的和谐发展。因此，水利设施建设部门应该不断拓宽思路，利用创新性思维和先进技术，从多个角度加强水利工程设计中的生态环保意识，为我国水利事业的可持续健康发展注入新的活力。
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论文作者:崔茂明
论文发表刊物:《防护工程》2019年19期
论文发表时间:2020/3/1
标签：压力论文; 钢管论文; 管道论文; 护坡论文; 生态论文; 结构论文; 强度论文; 《防护工程》2019年19期论文;